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一 、塑料挤出的基本原理

塑料加工业是一项综合性很强的技术型产业。它涉及到高分子化学,高分子物理,界面理论,塑料机械,塑料加工模具,配方设计原理及工艺控制等方面。挤出理论主要研究塑料在挤出机内的运动情况与变化规律。挤出机中塑料在一定外力作用下,于不同温度范围内出现的高聚物的三种物理状态,与螺杆结构,塑料性能,加工条件之间的关系。从而进行合理工艺控制。以达到提高塑料制品产量与质量的目的。塑料高分子材料,在恒定的压力下受热时,于不同温度范围内,出现玻璃态,高弹态,粘流态三种物理状态。一般塑料的成型温度在粘流温度以上。

 

二、 聚烯烃管道挤出成型工艺控制

挤出成型工艺的控制参数包括成型温度,挤出机工作压力,螺杆转速,挤出速度和牵引速度,加料速度,冷却定型等。

1.原材料的预处理

聚烯烃是非吸水性材料,通常水分含量很低,可以满足挤出的需要,但当聚烯烃含吸水性颜料,如炭黑时,对湿度敏感。另外,在使用回料及填充料时,含水量会增大。水分不但导致管材内外表面粗糙,而且可能导致熔体中出现气泡。通常应对原料进行预处理。一般采用干燥处理,也可加相应的具有除湿功能的助剂。如消泡剂等。PE的干温度一般在60-90度。在此温度下,产量可提高10%--25%。

2.温度控制

挤出成型温度是促使成型物料塑化和塑料熔体流动的必要条件。对物料的塑化及制品的质量和产量有着十分重要的影响。塑料挤出理论温度窗口是在粘流温度和降解温度之间。对于聚烯烃来说温度范围较宽。通常在熔点以上,280度以下均可加工。要正确控制挤出成型温度,必先了解被加工物料的承温限度与其物理性能的相互关系。找出其特点和规律,才能选择一个较佳的温度范围进行挤出成型。因此,在各段温度设定应考虑以下几个方面:一是聚合物本身的性能,如熔点,分子量大小和分布,熔体指数等。其次考虑设备的性能。有的设备,进料段的温度对主机电流的影响很大。再次,通过观察管模头挤出管坯表面是否光滑。有无气泡等现象来判断。

挤出温度包括加热器的设定温度和熔体温度。加热温度是指外加热器所提供的温度。熔体温度是指螺杆前段与机头连接间物料的温度。

机筒温度分布,从喂料区到模头可能是平坦分布,递增分布,递减分布及混合分布。主要取决于材料物点和挤出机的结构。

机头设置温度,为了获得较好的外观及力学性能,以及减小熔体出口膨胀,一般控制机身温度较低,机头温度较高。机头温度偏高,可使物料顺利进入模具,但挤出物的形状稳定性差,收缩率增加。机头温度低,则物料塑料不良,熔体粘度大,机头压力上升。虽然这样会使制品太得较密实,后收缩率小,产品形状稳定性好,但是加工较困难,离模膨胀较大,产品表面粗糙。还会导致挤出机背压增加,设备负荷大,功率消耗也随之增加。

口模设置温度,口模和芯模的温度对管子表面光洁度有影响,在一定的范围内,口模与芯模温度高,管子表面光洁度高。通常来讲,口模出口的温度不应超过220度,机头入口的熔体温度为200度,机头入口和出口熔体温差不应超过20度。因为熔体与金属间较高的温度差将导致鲨鱼皮现象。过高的熔体温度导致口模积料。但具体要根据实际情况决定。

熔体温度是指在螺杆未端测得的熔体实际温度,因而是因变量。主要决定于螺杆转速和机筒设置温度。聚乙烯管材挤出的熔体温度上限一般规定为230度。一般控制在200度左右为佳。聚丙烯管材挤出的熔体温度上限一般为240度。熔体温度不宜过高。一般考虑物料的降解,同时温度过高也会使管材定型困难。

 

 

3.压力控制

挤出过程中最重要的压力参数是熔体压力,即机头压力,一般来讲,增加熔体压力,将降低挤出机产量,而使制品密实度增加,有利于提高制品质量。但压力过大,会带来安全问题。熔体压力大小与原料性能,螺杆结构,螺杆转速,工艺温度,过滤网的目数,多孔板等因素有关。熔体压力通常控制在10-30MPa之间。

4.真空定型

真空定型主要控制真空度和冷却速度两个参数。通常在满足管材外观质量的前提下,真空度应尽可能低,这样管材内应力小,产品在存放过程中变形小。

5.冷却

聚乙烯管材挤出成型中冷却水温要求一般较低,通常在20度以下,在生产PPR管材时,第一段温度可以稍高,后段较低,从而形成温度梯度。调节冷却水流量也是相当重要的。流量过大,管材表面粗糙,产生斑点凹坑。流量过小,管材表面产生亮斑易拉断,如分布不均匀,管材壁厚不均,或椭圆。

6.螺杆转速与挤出速度

螺杆转速是控制挤出速率,产量和制品质量的重工参数。单螺杆挤出机的转速增加,产量提高。剪切速率增加,熔体表观粘度下降。有利于物料的均化。同时由于塑化良好,使分子间的作用力增大,机械强度提高。但螺杆转速过高,电机负载过大,熔体压力过高,剪切速率过高,离模澎胀加大,表面变坏,且挤出量不稳。

7.牵引速度

牵引速度直接影响产品壁厚,尺寸公差,性能及外观,牵引速度比须稳定,且牵引速度与管材挤出速度相匹配。牵引速度与挤出线速度的比值反映出制品可能发生的取向程度,该比值称为拉伸比,其数值必须等于或大于1.牵引速度增加,冷却定型的温度条件不变时,牵引速度快,则制品在定径套,冷却水槽中停留的时间也就比较短,经过冷却定型后的制品内部还会残余较多热量,这些热量会使制品在牵引过程中已经形成的取向结构发生解取向,从而引起制品取向程度降低。牵引速度越快,管材壁厚越薄,冷却后的制品其长度方向的收缩率也越大。牵引速度越慢,管材壁厚越厚,越容易导致口模与定径套之间积料。破坏正常挤出生产。因此,挤出成型中挤出速度与牵引速度必须很好控制。

8.管材的在线质量控制与后处理

聚烯烃属结晶聚合物,刚下线管材的性能与管材制品交付使用时的尺寸和性能时有差距的。主要原因有,第一,聚烯烃熔体冷却过程中要发生结晶作用,结晶度及晶型与温度及热历史,放置的时间有关。第二,刚下线管材的温度通常高于常温。第三,刚下线的管材内应力较大。为了达到性能及尺寸的稳定性,一般的聚乙烯管材应下线放置24小时,聚丙烯管材需放置48小时后,可依照相应的标准进行性能测试。

 

 

三、 聚烯烃管材生产中常见问题与处理

聚烯烃熔体具有粘弹性。在加工中常出现两种现象,即离模澎胀和熔体破裂。在此,不详细列解。下面列出管材生产中常见的异常情况及产生原因和处理方法。

 

常见问题:表面暗淡无光

产生原因:

1.原料水分  2.熔体温度不合适  3.挤出机挤出的熔融物料不均匀  4.定径套过短  5.口模成型段过短    

 推荐解决方法

 产生原因:

1.原料预处理  2.调整温度  3.增加背压,用较细的过滤网,设计适宜的螺杆结构  4.加长定径套  5.加长口模成型段。

 
常见问题:表面斑点    
1.原料中有水分  2.水槽中的管子上有气泡    
 推荐解决方法

1.干燥原料  2. 消除气泡。调整工艺温度。 


常见问题:外表面呈现光亮透明的块状(俗称眼晴)    
产生原因:

1.机头温度过高  2.冷却水太小或不足,或不均匀   3.降低机头温度 
4.冷却水开大或清理定径套 
 

常见问题:管材光滑外表面规则的斑纹    

产生原因:管材趋向粘附定径套 加大冷却水流量清理水路或降速 
产生原因:管材外表面深的波纹 定径套口模没对中对中,保持定径箱与口模在同一轴线 


常见问题:内表面粗糙    
产生原因:

1.原料潮湿  2.芯模温度低  3.口模与芯模间隙过大。 4.口模定型段太短   
推荐解决方法:

1.原料烘干,或预处理  2.提高温度或延长保温时间  3.换芯模  4.换定型段较长的口模 


常见问题:管内壁波纹状    
产生原因:

1.挤出机产量变化,下料不稳  2.牵引打滑  3.管材冷却不均 

推荐解决方法:   
1.降低螺杆喂料区温度。  2.调节牵引气压。  3.调节水路 


常见问题:管内壁有凹坑    

产生原因:

1.原料水分大  2.填充料分散性差未塑化,杂质 

推荐解决方法:   
1.原料预热干燥  2.换料,调节温度,清洁原料 


常见问题:管内壁有焦粒

产生原因:    
1.挤出机机头与口模内壁不干净  2.局部温度过高  3.口模积料严重

推荐解决方法:    
1.清模  2.检查热电偶是否正常。  3.清模,适当降低口模温度 


常见问题:外径或壁厚随时变化 

产生原因:   
1.挤出速度变化  2.牵引速度发生变化或打滑  3.下料不稳(回料粒径不均)  4.熔体的不稳定性  5.冷却不均

推荐解决方法:    
1.检查牵引机  2.适当提高压力  3.原料过筛或造粒  4.提高料温,降低线速度,增加模口间隙  5.清理水路 


常见问题:管材壁厚不均 

产生原因:   
1.口模没对中  2.口模温度不均  3.牵引机,定径套,口模没对中  4.定径套与口模距离太远 

推荐解决方法:   
1.调节口模同心  2.调节温度  3.保持在同一轴线上  4.拉近距离 


常见问题:熔接缝不良

产生原因:    
1.口模成型段太短  2.熔融温度低  3.模头中塑料分散  4.机头机结构不合理  

推荐解决方法:  
1.使用较长的口模成型段  2.提高料温  3.清理模头  4.更换或改造 


常见问题:管材过早损坏穿孔

产生原因:    
1.水泡  2.气泡  3.杂质  4.颜料或填充料分散不良

推荐解决方法:    
1.干燥原料  2.除湿或降低温度  3.清洁原料或用过滤网  4.调节温度或更换原料 


常见问题:管材过早损坏脆性破坏 

产生原因:   
1.料温低  2.温度过高,原料分解 

推荐解决方法:   
1.提高料温  2.清理模具,降低温度

 
常见问题:管材开裂 

产生原因:   
1.机头温度低,挤出速度快  2.冷却水太大   3.升温,降速  4.减小冷却水流量 


常见问题:管材圆度不好,弯曲   

产生原因: 
1.口模,芯模中心位置不正  2.机头温度四周不均  3.冷却水离口模太近  4.冷却水喷淋力度过大  5.冷却水喷淋太小  6.水位过高  7.牵引机压力过大  

推荐解决方法:  
1. 调整同心  2.调节温度  3.调整冷却水位置  4.调节喷头角度  5.清理水路  6.排水  7.调节气压

 

 

--- THE END ---

 

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2018-12-06 09:36

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